Виброакустика, шум, ультразвук и излучение

Контрольная работа Виброакустика, шум, ультразвук и излучение

1. Виброакустика, действие шума, ультразвука и инфразвука на организм человека

1.1 Вибрация. Характеристики, нормирование, методы контроля

1.2 Шум. Параметры звуковых колебаний, нормирование и контроль параметров. Основные методы защиты от негативного воздействия шума на человека

2. Ионизирующие излучения

3. Электромагнитные излучения, электромагнитные поля и излучения радиочастотного и оптического диапазона Литература виброакустика шум ультразвук

1. Виброакустика, действие шума, ультразвука и инфразвука на организм человека

1.1 Вибрация. Характеристики, нормирование, методы контроля Вибрацией называют механические колебания упругих тел, т. е. колебания механизмов, машин, зданий и сооружений с длиной волны (л) до нескольких миллиметров и частотой (f) до 20 Гц.

Вибрация с частотой свыше 20 Гц сопровождается шумом (звуком).

По воздействию на организм человека вибрации подразделяются на:

общие;

локальные (местные);

комбинированные.

Общие — воздействующие на человека, стоящего или сидящего на колеблющейся поверхности (операторы штампов и кранов);

Локальные (местные) — передающиеся на руки человека работающего с ручным электрои пневмоинструментом (зачистка швов, обрубщики, клепальщики, шлифовщики);

Комбинированные — это одновременное воздействие общей и местной вибрации (например, при управлении автомобилем).

Вибрация характеризуется: частотой, Гц;

амплитудой, мм;

виброскоростью, см/мин;

виброускорением, см/мин2

Гигиеническая оценка вибрации, воздействующей на человека производится следующими методами:

частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра: частота, амплитуда, виброскорость, виброускорение;

интегральной оценкой значений нормируемого параметра;

интегральной оценкой нормируемого параметра с учетом времени вибрационного воздействия на человека.

Нормируемые параметры указываются для определенного диапазона частот колебаний, отдельно для общей и локальной вибрации.

Методы снижения вибрации:

Снижение вибрации в источнике возникновения путем замены ударных процессов безударными и кулачковых механизмов безкулачковыми.

Вибродемпфирование (вибропоглащение) — это преобразование энергии механических колебаний в другие виды энергии, т. е. использование конструктивных материалов с большим внутренним трением (нанесение на колеблющуюся поверхность слоя упруговязких материалов: мастики, поролона, резины и т. п.).

Отклонение от режима резонанса деталей конструкции за счет изменения массы или жесткости конструкции.

Балансировка (уравновешивание) вращающихся элементов машин, с целью достижения их статического и динамического равновесия.

Виброизоляция, т. е. снижение передачи колебаний от источника к другим конструкциям путем введения в колебательную систему дополнительной упругой связи.

Виброгашение — это применение устройств, работающих в противофазе с колеблющейся конструкцией (фундаменты, динамические глушители).

Применение средств индивидуальной защиты:

От общей вибрации — антивибрационные пояса и виброгасящая обувь (на толстой подошве или с пружинами).

От локальной (местной) вибрации — виброзащитные рукавицы с вшитым на ладонной части упругим материалом. Это может быть поролон, пористая резина и т. п.

1.2 Шум. Параметры звуковых колебаний, нормирование и контроль параметров. Основные методы защиты от негативного воздействия шума на человека Под шумом как гигиеническим фактором принято подразумевать совокупность слышимых звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху.

Воздушное пространство, в котором распространяются звуковые волны называется звуковым полем.

По воздействию на человека шум характеризуется следующими физическими параметрами:

Звуковым давлением (Р). Это переменное давление, возникающие дополнительно к атмосферному в той среде, через которую проходят звуковые волны. Единица измерения паскаль (Па) или Н/м2.

Распространению звуковой волны сопровождается переносом звуковой энергии.

Интенсивность или сила звука в данной точке (I), это отношение среднего потока звуковой энергии в любой точке пространства за единицу времени к единицы площади поверхности перпендикулярной направлению распространения звуковой волны. Единица измерения — Вт/м2.

Частота звуковых колебаний () — это число полных колебаний звуковой волны в течении 1с. Единица измерения — герц (Гц).

Органы слуха человека воспринимают акустические колебания в диапазоне от 20 до 20 000 Гц.

В свою очередь звуковой диапазон подразделяется на:

низкочастотный — до 400 Гц;

среднечастотный — от 400 до 1000 Гц;

высокочастотный с частотой свыше 1000 Гц.

Методы измерения физических параметров шума следующие.

Звуковое давление (Р) измеряют с помощью шумомера, оно связано с интенсивностью звука (І) следующей зависимостью:

гдес — плотность среды (кг/м3);

с — скорость звука в данной среде (м/с).

Способность слухового анализатора регистрировать величины звуковых давлений объясняется тем, что различается не разность давлений, а кратность изменения звукового давления. Установлено, что каждая последующая ступень восприятия звука отличается от предыдущей при увеличении звукового давления на 12,4%. Поэтому для характеристики акустического восприятия принята специальная шкала логарифмических единиц измерения интенсивности звука, как наиболее объективна соответствующая физиологическому восприятию звука человеком. По этой шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Логарифмическая единица отражающая 10 кратную степень увеличения интенсивности звука называется белом (Б). Это минимальное давлении, которое человек воспринимает как звук. Весь диапазон слышимых звуков укладывается в 13−14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей — децибелом (дБ).

Интенсивность звука определяют расчетным способом, т.к. измерить ее с помощью приборов невозможно.

Измерение частоты звуковых колебаний осуществляют частотомерами.

Нормирование контролируемых параметров шума выполняется следующими методами.

Шум нормируется согласно следующих нормативных документов:

ДСН 3.3.6.037−99 «Державні санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку».

ГОСТ 12.1.003−83 (1991) «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».

При нормировании шума используют два метода:

нормирование по предельному спектру шума;

нормирование уровня звука в дБА. (Определенный по шкале «А» шумомера без учета частоты, т. е. чистый шум.)

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. В этом случае уровни звукового давления (дБ) нормируются в восьми октавных полосах частот со средне геометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Совокупность восьми предельных уровней звукового давления называют предельным спектром (ПС).

Второй метод нормирования, основан на измерение шума по шкале «А» шумомера, что эмитирует чувствительность органов слуха человека к шумам различной громкости. Уровень звука в дБА, используют для ориентировочных оценок постоянного и непостоянного шума, т.к. в этом случае спектр шума неизвестен. Уровень звука в дБА связан с предельным спектром зависимостью:

LА = ПС ± 5

Выделяют два пороговых значения звукового давления и интенсивности звука — это порог слышимости и порог болевого ощущения.

Порогом слышимости называют минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, воспринимаемые органом слуха человека. При частоте звука f = 1000 Гц, принятой базовой в акустике, порог слышимости имеет следующие значения: Р0 = 2· 10−5 Н/м2, I0 = 10−12 Вт/м2.

Порогом болевого ощущения называют звуковое давление (Рб = 20 Н/м2) и интенсивность звука (Iб = 1 Вт/м2), при которых в органе слуха человека начинают возникать болевые ощущения. Порог болевого ощущения определяется интенсивностью звука в 85 дБ.

Согласно ГОСТ 12.1.003−83 (1991) «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» установлены предельные уровни шума, табл.2.3.

Таблица 2.3 — Соотношение частоты и уровня звукового давления:

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека даже небольшой шум (50−60 дБА) создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывает на нее психологическое воздействие.

Степень вредности любого шума зависит также от того, насколько он отличается от обычного шума, или шума, который вызывает сам человек.

Шум более 70 дБА может оказать физиологическое влияние на человека и привести к очевидным изменениям в ее организме.

Под влиянием шума, превышающего 85−90 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Если величина уровня шума превышает 85 дБА необходимо вывесить предупреждающий знак, предписывающий необходимость применения СИЗ органов слуха.

При действии шума высоких уровней (более 145 дБ) может разорваться барабанная перепонка.

К мероприятиям по защите от шума относится:

Снижение в источнике возникновения за счет применения «незвучных» материалов.

Звукоизоляция — это изменение направления звука в сторону от рабочей зоны, за счет применения экранов и преград.

Акустическая обработка шумных помещений, поверхности которых имеют высокую звукоотражающую способность, осуществляется за счет отделки их специальными шумопоглощающими материалами: штукатуркой, ультратонким стекловолокном, а также применение искусственных поглотителей шума.

Глушение звука — осуществляется за счет применения глушителей шума, которые подразделяют на:

активные, снижение шума происходит в результате его поглощения слоями звукопоглощающего материала, которым облицована внутренняя поверхность;

реактивные, отражают поступающую в них звуковую энергию обратно к источнику звука. Представляют собой расширения и повороты на пути движения звуков, где в различных каналах происходит снижение уровня аэрогазодинамических шумов;

комбинированные, снижение шума происходит в результате его поглощения и отражения.

Применение средств индивидуальной защиты (СИЗ).

СИЗ подразделяются на:

внутренние — это беруши из мягкой пластмассы;

внешние — наушники и шлемофоны.

2. Ионизирующие излучения Радиоактивные вещества и другие источники ионизирующих излучений находят широкое применение в различных сферах промышленности (атомные электростанции, контроль технологических процессов, дефектоскопия и пр.). Поэтому существует опасность воздействия ионизирующих излучений на человека.

Радиоактивность — это процесс спонтанного преобразования ядер атомов одних элементов в ядра атомов других элементов, сопровождающийся ионизирующим излучением.

К ионизирующим излучениям относятся альфа (б), бета (в), гамма (г) и рентгеновское излучения.

Альфа-излучение — это поток положительно заряженных ядер атомов гелия, обладающий наибольшей ионизирующей, но наименьшей проникающей способностью. Пробег б-частиц в воздухе составляет 10−11 см, а в живых тканях — 30−40 микрон.

Бета-излучение — это поток электронов или позитронов, излучающихся ядрами атомов радиоактивных веществ. Они обладают большей чем б-частицы проникающей, но меньшей ионизирующей способность.

Пробег в-частиц в воздухе составляет 15−18 м, а в живых тканях — 1−2 см.

Гамма-излучение — это высокочастотное электромагнитное излучение, возникающее в процессе ядерных реакций. Поток г-частиц обладает наименьшей ионизирующей, но наибольшей проникающей способностью.

Распространяется со скоростью света (300 000 км/с). В воздухе распространяется на сотни метров. Свободно проникает через тело человека.

Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей, но большой проникающей способностью.

Радиация способна накапливаться (аккумулироваться) в организме человека.

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменениям химической структуры различных соединений, что является причиной гибели клеток.

Ионизирующее излучение наносит серьезный вред организму человека. При его воздействии происходит замедление работы кровеобразующих органов, повышается хрупкость кровеносных сосудов и снижается иммунитет, т. е. сопротивления организма инфекционным заболеваниям.

Человек в своей повседневной жизни постоянно получает какие-либо дозы радиации, не вызывающие негативных последствий.

Допустимая доза облучения для всего населения Украины, в нормальных условиях, за год — 0,5 Р, а для персонала АЭС — 5 Р.

Кроме того, при флюорографии человек получает дозу облучения 370 мР, при рентгенографии зубов — 3 Р, при рентгеноскопии желудка — 30 Р, при просмотре телевизионных передач в течении 3 часов — 0,5 мР.

В мирное время в случае аварии на АЭС с выбросом радиоактивных веществ установлены следующие дозы облучения:

10 Р — аварийное облучение населения (однократное);

25 Р — аварийное облучение персонала АЭС (однократное).

А в условия ЧС военного характера установлены следующие дозы облучения, не приводящие к снижению трудоспособности людей:

50 Р — при одноразовом облучении за 1 — 4 суток;

100 Р — при многоразовом облучении за 10−30 суток;

200 Р — при многоразовом облучении за 3 месяца;

300 Р — при многоразовом облучении за 1 год.

Необходимо помнить, что радионуклиды не только накапливаются, но и выводятся из организма человека. Для их ускоренного вывода необходимо употреблять следующие продукты питания: перловую, овсяную и гречневую каши, капусту и другие вареные овощи. Из фруктов: яблоки, сливы, персики, цитрусовые. Больше пить холодной воды.

Наиболее эффективно (до 45% от общего количества) выводит радионуклиды рябина обыкновенная.

При дозе облучения 10 рентген никаких изменений в тканях и органах человека не происходит. При дозе облучения 75 рентген и более возникают незначительные изменения состава крови. При дозе облучения 100 рентген и более возникает лучевая болезнь, степень которой зависит от полученной дозы.

Первые признаки хронического заболевания проявляются не сразу после поражения. Оно проявляется в сухости кожи, трещинах на ней, язвах, ломкости ногтей, выпадении волос.

Основной документ, регламентирующий систему радиационно-гигиенических стандартов по обеспечению установленных уровней облучения, как для отдельного человека, так и для общества в целом, это — НРБУ-97 «Нормы радиационной безопасности Украины».

НРБУ-97 определяют основные требования к:

охране здоровья человека от возможного вреда, связанного с облучением от источников ионизирующего излучения;

безопасной эксплуатации источников ионизирующего излучения;

охране окружающей среды.

НРБУ-97 являются документом обязательным для выполнения всеми юридическими и физическими лицами, осуществляющими практическую деятельность с источниками ионизирующего излучения.

Для характеристики эффективности источника ионизации введено понятие активность радиоактивного вещества.

В системе СИ:

За единицу активности принят Беккерель (Бк). Один Беккерель равен одному ядерному преобразованию в секунду или 0,027 милликюри (мКи).

За единицу поглощенной дозы ионизирующего излучения — Грей (Гр). Внесистемная единица — рад.

1Гр = 100 рад = 1 Джкг-1.

За единицу эквивалентной и эффективной дозы — Зиверт (Зв). Внесистемная единица — бэр.

1 Зв = 1 Джкг-1 = 100 бэр.

Внесистемной единицей энергии ионизирующего излучения является электрон-вольт (эВ):

1эВ = 1,6 10−19 Дж.

1 Р = 0,88 рад = 1 бэр.

Установлены следующие категории облучаемых:

Категория, А (персонал) — это лица, постоянно или временно работающие непосредственно с источниками ионизирующих излучений.

Категория Б (персонал) — это лица, не занятые непосредственной работой с источниками ионизирующих излучений, но способные получать дополнительное облучение из-за расположения рабочих мест в помещениях и на промышленных площадках объектов с радиационно-ядерными технологиями.

Категория В (все население) — это лица, находящиеся на территории зоны, подлежащей контролю уровня ионизирующих излучений.

Лимиты дозы облучения для категорий лиц приведены в табл.2.6.

Таблица 2.6 — Лимиты дозы облучения, мЗв год-1

Примечания:

а)распределение дозы облучения в течении календарного года не регламентируется;

б)для женщин до 45 лет и беременных женщин категорий, А и Б установленные дозы должны быть снижены в 20 раз;

в)в среднем за любые 5 лет подряд, но не больше 50 мЗв за отдельный год.

Для защиты от б-излучений достаточно воздушной прослойки или листа бумаги. От в-излучений защищает слой грунта толщиной 1 см или лист железа толщиной 2 мм, которые полностью поглощают в-частицы. Наиболее опасны г-излучения, и для защиты от них могут использоваться бетонные стены толщиной свыше 600 мм или стальные пластины толщиной 300 мм.

Защита от ионизирующих излучений включает комплекс организационных и технических мероприятий.

К организационным мероприятиям относятся:

составление инструкций, с указаниями порядка и правил проведения работ;

хранение радионуклидов в контейнерах в специальных хранилищах;

запрет работ в помещениях с несколькими источниками радиации (с одним источником разрешаются).

Технические мероприятия защиты заключаются в экранировании оборудования. Экраны изготавливают из алюминия, оргстекла, свинца или вольфрама.

Защитные экраны могут быть: стационарные;

передвижные;

разборные;

настольные.

Более совершенными защитными средствами являются: камеры;

боксы;

манипуляторы.

Средства индивидуальной защиты предотвращают попадание радиоактивных веществ на кожу и во внутренние органы. Но, они защищают человека только от би в-излучений. От г-излучений средства индивидуальной защиты, как правило, не защищают.

Спецодежда включает:

хлопчатобумажные халаты;

головные уборы;

резиновые рукавицы;

поливинилхлоридные комбинезоны;

ботинки;

очки;

респираторы;

костюмы с принудительной подачей в них воздуха.

Материалы, из которых изготовленные средства индивидуальной защиты, должны легко дезактивироваться.

Ученым и работникам КБ «Южмаш» удалось изобрести материал, полностью защищающий человека от воздействия радиации, при чем изделия из этого материала достаточно легкие, что позволяет изготавливать из них как защитные костюмы, так и емкости для хранения и транспортировки источников излучения. Сравнить это изобретение можно разве что с открытием самой радиации. Обнародовано это открытие в июле 2002 года.

3. Электромагнитные излучения, электромагнитные поля и излучения радиочастотного и оптического диапазона Возможности электромагнитных полей (ЭМП) широко используются в машиностроении, медицине, радиолокации, радионавигации и т. п.

ЭМП не выявляются органами чувств человека, но, при этом они оказывают негативное воздействие на его организм, поэтому возникает потребность защиты персонала от их влияния.

ЭМП могут быть переменными или постоянными.

Источниками переменных ЭМП являются: индукторы (индукционные катушки), конденсаторы термического оборудования ламповых генераторов, линии электропередач, трансформаторы, антенны и т. п.

Источники постоянных магнитных полей это: электромагниты, соленоиды, импульсное оборудование полупериодного или конденсаторного типа, литые и металлокерамические магниты.

Электромагнитные поля характеризуются:

электрической напряженностью (Е), [В/м];

магнитной напряженностью (Н), [А/м];

длиной волны, [см];

частотой, [Гц].

В зависимости от длины волны и частоты электромагнитные излучения бывают:

радиоволны — с частотой от 3 до 31 012 Гц и длиной волны от 0,1 мм до100 км;

высокой частоты (ВЧ) — с частотой от 3106 до 3107 Гц и длиной волны от 1000 до 10 000 см;

очень высокой частоты (ОВЧ) — с частотой от 3107 до 3108 Гц и длиной волны от 100 до 1000 см;

ультравысокой частоты (УВЧ) — с частотой от 3108 до 3109 Гц и длиной волны от 10 до 100 см;

сверхвысокой частоты (СВЧ) — с частотой от 3109 до 31 010 Гц и длиной волны от 1 до 10 см;

Электромагнитные поля применяются для нагрева и плавки металлов. Для этого используют индукторы (т.е. индукционные катушки), а в установках диэлектрического нагрева — рабочий конденсатор.

Переменные ЭМП способствуют нагреванию внутренних органов человека. Чем больше напряженность поля и продолжительность его действия, тем сильнее проявляются эти эффекты. Менее подвержены воздействию ЭМП жировые ткани. Глаза, сердце, почки, мозг, желудок, половые органы — более всего подвержены воздействию ЭМП.

Влияние постоянных магнитных полей также зависит от напряженности и продолжительности излучения. Под воздействием полей, имеющих напряженность выше предельно допустимого уровня, развиваются нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем, органов дыхания и пищеварения, а также изменяются некоторые биохимические показатели крови.

Нормирование переменных магнитных полей производится согласно ДСН 3.3.6−096−2002 «Державні санітарні норми при роботі з джерелами електромагнітних полів», ДСН 476−2002 «Державні санітарні норми і правила при роботі з джерелами електромагнітних полів», ДСН 239−96 «Державні санітарні норми і правила захисту населення від впливу електромагнітних випромінювань» и ГОСТ 12.1.006−84 (1999) «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля».

Установлены следующие нормы плотности потока мощности электромагнитных полей (ЭМП) УВЧ и СВЧ диапазона:

в течении рабочего дня (за 8 часов) — допустима предельная плотность потока мощности ЭМП до 0,1 Вт/м2; (до 10 мкВт/см2)

в течении не более 2 часов за рабочий день — допустима предельная плотность потока мощности ЭМП от 0,1 до 1 Вт/м2; (от 10 до 100 мкВт/см2)

в течении не более 20 минут за рабочий день — допустима предельная плотность потока мощности ЭМП от 1 до 10 Вт/м2; (от 100 до 1000 мкВт/см2)

Таким образом, длительная работа, в условиях высоких доз облучения ЭМП, допускается, если облучение не превышает 0,1 Вт/м2 (10 мкВт/см2).

Норма облучения для персонала, не принимающего личного участия в работах с источниками ЭМП и населения, проживающего вблизи от источников ЭМП, за рабочий день и сутки соответственно, не должна превышать 0,01 Вт/м2.

Нормирование постоянных магнитных полей производится согласно ГДР 1742−77 «Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами».

На рабочем месте напряженность постоянных магнитных полей не должна превышать 8 кА/м.

Снижение влияния ЭМП на организм человека достигается:

Применением экранов из металла или металлической сетки с отверстиями не более 4×4 мм. При этом экран должен плотно прилегать к источнику излучения.

Снижением дозы облучения за счет согласования нагрузки и излучения.

Строительно-плановыми решениями, а именно:

При мощности ЭМП до 30 кВт, площадь помещения в котором расположен источник должна быть не менее 25 м²;

При мощности ЭМП более 30 кВт — 40 м².

Размещение в одном помещении двух источников ЭМП недопустимо.

Автоматизацией производственных процессов.

Применением средств индивидуальной защиты — специальных костюмов и очков ЗП5−90 с напылением окиси олова (SnО2), которые снижают электромагнитную энергию до 30 дБ при светопропускании не ниже 74%.

Литература

Жидецкий, Джигирей В. С., Мельников, «Основы охраны труда»

Катренко Л.А., Кит Ю. В., Пискун И. П. «Охорона Праці», навчальній посібник, Суми, 2004 р.

Савчук О.М. «Основи охорони праці», конспект лекцій, ч.1 и 2 — Запоріжжя, «Просвіта» — 2009 р.

Юдин Е.Я., Белов С. В., «Охрана труда в машиностроении», М., Машиностроение, 2013.

Журнал «Охорона праці» (периодическое издание)